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淺談汽車(chē)車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的應用論文
無(wú)論是在學(xué)習還是在工作中，大家都寫(xiě)過(guò)論文，肯定對各類(lèi)論文都很熟悉吧，論文是指進(jìn)行各個(gè)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究和描述學(xué)術(shù)研究成果的文章。為了讓您在寫(xiě)論文時(shí)更加簡(jiǎn)單方便，以下是小編為大家收集的淺談汽車(chē)車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的應用論文，歡迎閱讀與收藏。
淺談汽車(chē)車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的應用論文 篇1
摘要：車(chē)載是汽車(chē)技術(shù)的必然趨勢，本文就車(chē)載網(wǎng)絡(luò )形成的必要性及其進(jìn)行了系統地，以便更好地理解新一代汽車(chē)電子控制系統。
關(guān)鍵詞：車(chē)載網(wǎng)絡(luò )車(chē)身系統動(dòng)力傳動(dòng)系統安全系統信息系統
一、引言
隨著(zhù)汽車(chē)日新月異的發(fā)展，現代汽車(chē)上使用了大量的電子控制裝置，許多中高檔轎車(chē)上采用了十幾個(gè)甚至二十幾個(gè)電控單元，而每一個(gè)電控單元都需要與相關(guān)的多個(gè)傳感器和執行器發(fā)生通訊，并且各控制單元間也需要進(jìn)行信息交換，如果每項信息都通過(guò)各自獨立的數據線(xiàn)進(jìn)行傳輸，這樣會(huì )導致電控單元針腳數增加，整個(gè)電控系統的線(xiàn)束和插接件也會(huì )增加，故障率也會(huì )增加等諸多。
為了簡(jiǎn)化線(xiàn)路，提高各電控單元之間的通信速度，降低故障頻率，一種新型的數據網(wǎng)絡(luò )CAN數據總線(xiàn)應運而生。CAN總線(xiàn)具有實(shí)時(shí)性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強;在自動(dòng)化電子領(lǐng)域的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機控制部件、傳感器、抗滑系統等應用中，CAN的位速率可高達1Mbps。同時(shí)，它可以廉價(jià)地用于運載工具電氣系統中。
二、CAN總線(xiàn)簡(jiǎn)介
CAN，全稱(chēng)為“ControllerAreaNetwork”，即控制器局域網(wǎng)，是由ISO定義的串行通訊總線(xiàn)，主要用來(lái)實(shí)現車(chē)載各電控單元之間的信息交換，形成車(chē)載網(wǎng)絡(luò )系統，CAN數據總線(xiàn)又稱(chēng)為CAN—BUS總線(xiàn)。它具有信息共享，減少了導線(xiàn)數量，大大減輕配線(xiàn)束的重量，控制單元和控制單元插腳最小化，提高可靠性和可維修性等優(yōu)點(diǎn)。
CAN被設計作為汽車(chē)環(huán)境中的微控制器通信，在車(chē)載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò )。其工作采用單片機作為直接控制單元，用于對傳感器和執行部件的直接控制。每個(gè)單片機都是控制網(wǎng)絡(luò )上的一個(gè)節點(diǎn)，一輛汽車(chē)不管有多少塊電控單元，不管信息容量有多大，每塊電控單元都只需引出兩條導線(xiàn)共同接在節點(diǎn)上，這兩條導線(xiàn)就稱(chēng)作數據總線(xiàn)（Bus）。CAN數據總線(xiàn)中數據傳遞就像一個(gè)電話(huà)會(huì )議，一個(gè)電話(huà)用戶(hù)就相當于控制單元，它將數據“講入”網(wǎng)絡(luò )中，其他用戶(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )“接聽(tīng)”數據，對這組數據感興趣的用戶(hù)就會(huì )利用數據，不感興趣的用戶(hù)可以忽略該數據。
一個(gè)由CAN總線(xiàn)構成的單一網(wǎng)絡(luò )中，上可以?huà)旖訜o(wú)數個(gè)節點(diǎn)，但實(shí)際應用中，所掛接的節點(diǎn)數目會(huì )受到網(wǎng)絡(luò )硬件的電氣特性或延遲時(shí)間的限制。使用機網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信的前提是，各電控單元必須使用和解讀相同的“電子語(yǔ)言”，這種語(yǔ)言稱(chēng)“協(xié)議”。汽車(chē)電腦網(wǎng)絡(luò )常見(jiàn)的傳輸協(xié)議有多種，為了并實(shí)現與眾多的控制與測試儀器之間的數據交換，就必須制定標準的通信協(xié)議。隨著(zhù)CAN在各種領(lǐng)域的應用和推廣，1991年9月PhilipsSemiconductors制定并發(fā)布了CAN技術(shù)規范（Version2.0）。該技術(shù)包括A和B兩部分。2.0A給出了CAN報文標準格式，而2.0B給出了標準的和擴展的兩種格式。1993年11月ISO頒布了道路交通運輸工具—數據信息交換—高速通信局域網(wǎng)國際標準ISO11898，為控制局域網(wǎng)的標準化和規范化鋪平了道路。美國的汽車(chē)工程學(xué)會(huì )SAE2000年提出的J1939，成為貨車(chē)和客車(chē)中控制器局域網(wǎng)的通用標準。
三、CAN-BUS數據總線(xiàn)的組成與結構
CAN-BUS系統主要包括以下部件：CAN控制器、CAN收發(fā)器、CAN-BUS數據傳輸線(xiàn)和CAN-BUS終端電阻。：
1．CAN控制器，CAN收發(fā)器
CAN-BUS上的每個(gè)控制單元中均設有一個(gè)CAN控制器和一個(gè)CAN收發(fā)器。CAN控制器主要用來(lái)接收微處理器傳來(lái)的信息，對這些信息進(jìn)行處理并傳給CAN收發(fā)器，同時(shí)CAN控制器也接收來(lái)自CAN收發(fā)器傳來(lái)的數據，對這些數據進(jìn)行處理，并傳給控制單元的微處理器。
CAN收發(fā)器用來(lái)接收CAN控制器送來(lái)的數據，并將其發(fā)送到CAN數據傳輸總線(xiàn)上，同時(shí)CAN收發(fā)器也接收CAN數據總線(xiàn)上的數據，并將其傳給CAN控制器。
2．數據總線(xiàn)終端電阻
CAN-BUS數據總線(xiàn)兩端通過(guò)終端電阻連接，終端電阻可以防止數據在到達線(xiàn)路終端后象回聲一樣返回，并因此而干擾原始數據，從而保證了數據的正確傳送，終端電阻裝在控制單元內。
3．數據傳輸總線(xiàn)
數據傳輸總線(xiàn)大部分車(chē)型用的是兩條雙向數據線(xiàn)，分為高位﹝CAN-H﹞和低位﹝CAN-L﹞數據線(xiàn)。為了防止外界電磁波干擾和向外輻射，兩條數據線(xiàn)纏繞在一起，要求至少每2.5cm就要扭絞一次，兩條線(xiàn)上的電位是相反的，電壓的和總等于常值。
四、車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的應用分類(lèi)
車(chē)載網(wǎng)絡(luò )按照應用加以劃分，大致可以分為4個(gè)系統：車(chē)身系統、動(dòng)力傳動(dòng)系統、安全系統、信息系統。
1．動(dòng)力傳動(dòng)系統
在動(dòng)力傳動(dòng)系統內，動(dòng)力傳動(dòng)系統模塊的位置比較集中，可固定在一處，利用網(wǎng)絡(luò )將發(fā)動(dòng)機艙內設置的模塊連接起來(lái)。在將汽車(chē)的主要因素—跑、停止與拐彎這些功能用網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)時(shí)，就需要高速網(wǎng)絡(luò )。
動(dòng)力CAN數據總線(xiàn)一般連接3塊電腦，它們是發(fā)動(dòng)機、ABS/EDL及自動(dòng)變速器電腦（動(dòng)力CAN數據總線(xiàn)實(shí)際可以連接安全氣囊、四輪驅動(dòng)與組合儀表等電腦）�？偩�(xiàn)可以同時(shí)傳遞10組數據，發(fā)動(dòng)機電腦5組、ABS/EDL電腦3組和自動(dòng)變速器電腦2組。數據總線(xiàn)以500Kbit/s速率傳遞數據，每一數據組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7~20ms發(fā)送一次數據。優(yōu)先權順序為ABS/EDL電控單元→發(fā)動(dòng)機電控單元→自動(dòng)變速器電控單元。
在動(dòng)力傳動(dòng)系統中，數據傳遞應盡可能快速，以便及時(shí)利用數據，所以需要一個(gè)高性能的發(fā)送器，高速發(fā)送器會(huì )加快點(diǎn)火系統間的數據傳遞，這樣使接收到的數據立即到下一個(gè)點(diǎn)火脈沖中去。CAN數據總線(xiàn)連接點(diǎn)通常置于控制單元外部的線(xiàn)束中，在特殊情況下，連接點(diǎn)也可能設在發(fā)動(dòng)機電控單元內部。
2．車(chē)身系統
與動(dòng)力傳動(dòng)系統相比，汽車(chē)上的各處都配置有車(chē)身系統的'部件。因此，線(xiàn)束變長(cháng)，容易受到干擾的。為了防干擾應盡量降低通信速度。在車(chē)身系統中，因為人機接口的模塊、節點(diǎn)的數量增加，通信速度控制將不是，但成本相對增加，對此，人們正在摸索更廉價(jià)的解決方案，常常采用直連總線(xiàn)及輔助總線(xiàn)。
舒適CAN數據總線(xiàn)連接一般連接七個(gè)控制單元，包括中央控制單元、車(chē)前車(chē)后各一個(gè)受控單元及四個(gè)車(chē)門(mén)的控制單元。舒適CAN數據傳遞有七大功能：中控門(mén)鎖、電動(dòng)窗、照明開(kāi)關(guān)、空調、組合儀表、后視境加熱及自診斷功能�？刂茊卧母鳁l傳輸線(xiàn)以星狀形式匯聚一點(diǎn)。這樣做的好處是：如果一個(gè)控制單元發(fā)生故障，其他控制單元仍可發(fā)送各自的數據。該系統使經(jīng)過(guò)車(chē)門(mén)的導線(xiàn)數量減少，線(xiàn)路變得簡(jiǎn)單。如果線(xiàn)路中某處出現對地短路，對正極短路或線(xiàn)路間短路，CAN系統會(huì )立即轉為應急模式運行或轉為單線(xiàn)模式運行。
數據總線(xiàn)以62.5Kbit/s速率傳遞數據，每一組數據傳遞大約需要1ms，每個(gè)電控單元20ms發(fā)送一次數據。優(yōu)先權順序為：中央控制單元→駕駛員側車(chē)門(mén)控制單元→前排乘客側車(chē)門(mén)控制單元→左后車(chē)門(mén)控制單元→右后車(chē)門(mén)控制單元。由于舒適系統中的數據可以用較低的速率傳遞，所以發(fā)送器性能比動(dòng)力傳動(dòng)系統發(fā)送器的性能低。
整個(gè)汽車(chē)車(chē)身系統電路主要有三大塊：主控單元電路、受控單元電路、門(mén)控單元電路。
主控單元按收開(kāi)關(guān)信號之后，先進(jìn)行處理，然后通過(guò)CAN總線(xiàn)把控制指令發(fā)送給各受控端，各受控端響應后作出相應的動(dòng)作。車(chē)前、車(chē)后控制端只接收主控端的指令，按主控端的要求執行，并把執行的結果反饋給主控端。門(mén)控單元不但通過(guò)CAN總接收主控端的指令，還接收車(chē)門(mén)上的開(kāi)關(guān)信號輸入。根據指令和開(kāi)關(guān)信號，門(mén)控單元會(huì )做出相應動(dòng)作，然后把執行結果發(fā)往主控單元。
�。�1）安全系統
這是指根據多個(gè)傳感器的信息使安全氣囊啟動(dòng)的系統，由于安全系統涉及到人的生命安全，加之在汽車(chē)中氣囊數目很多，碰撞傳感器多等原因，要求安全系統必須具備通信速度快、通信可靠性高等特點(diǎn)。
�。�2）信息系統
信息系統在車(chē)上的應用很廣泛，例如車(chē)載電話(huà)、音響等系統的應用。對信息系統通信總線(xiàn)的要求是：容量大、通信速度非常高。通信媒體一般采用光纖或銅線(xiàn)，因為此兩種介質(zhì)傳輸的速度非�？�，能滿(mǎn)足信息系統的高速化需求。
五、CAN總線(xiàn)技術(shù)在汽車(chē)中應用的關(guān)鍵技術(shù)
利用CAN總線(xiàn)構建一個(gè)車(chē)內，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有：
�。�1）總線(xiàn)傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級、節點(diǎn)容量等技術(shù)問(wèn)題
�。�2）高電磁干擾環(huán)境下的可靠數據傳輸
�。�3）確定最大傳輸時(shí)的延時(shí)大小
�。�4）網(wǎng)絡(luò )的容錯技術(shù)
�。�5）網(wǎng)絡(luò )的監控和故障診斷功能
�。�6）實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò )的時(shí)間特性
�。�7）安裝與維護中的布線(xiàn)
�。�8）網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的增加與軟硬件更新(可擴展性)
六、結束語(yǔ)
CAN總線(xiàn)作為一種可靠的汽車(chē)機網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)，現已開(kāi)始在先進(jìn)的汽車(chē)上得到應用，從而使得各汽車(chē)計算機控制單元能夠通過(guò)CAN總線(xiàn)共享所有的信息和資源，以達到簡(jiǎn)化布線(xiàn)、減少傳感器數量、避免控制功能重復、提高系統可靠性和可維護性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調各個(gè)控制系統之目的，隨著(zhù)汽車(chē)技術(shù)的，具有高度靈活性、簡(jiǎn)單的擴展性、優(yōu)良的抗干擾性和糾錯能力的CAN總線(xiàn)通信協(xié)議必將在汽車(chē)電控系統中得到更廣泛的應用。
[1]王箴．CAN總線(xiàn)在汽車(chē)中應用[N]．汽車(chē)報．2004．
[2]鄔寬明．CAN總線(xiàn)原理和應用系統設計．航空航天大學(xué)出版社．1996．
[3]周震．基于CAN總線(xiàn)的車(chē)身控制模塊．南京航空航天大學(xué)．2005．
[4]李剛炎，于翔鵬．CAN總線(xiàn)技術(shù)及其在汽車(chē)中的應用．中國論文在線(xiàn)．
[5]楊維�。�(chē)車(chē)載網(wǎng)絡(luò )系統．北京：機械出版社．2006．
[6]李東江，張大成．汽車(chē)車(chē)載網(wǎng)絡(luò )系統原理與檢修．北京：機械工業(yè)出版社．2005．
淺談汽車(chē)車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的應用論文 篇2
1、MOST網(wǎng)絡(luò )發(fā)展歷史
1MOST網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是一個(gè)由MOST合作組織制定的以通信協(xié)議為基礎的汽車(chē)多媒體信息傳輸網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，其采用光纖線(xiàn)或雙絞線(xiàn)作為物理傳輸介質(zhì)，實(shí)現車(chē)內多媒體設備的互聯(lián)互通。1996年，梅賽德斯以其D2B系統為基礎，并與寶馬和SMSC合作，開(kāi)始對MOST進(jìn)行討論，并且決定和其他汽車(chē)生產(chǎn)商共同進(jìn)行開(kāi)發(fā)。1998年，寶馬、奔馳、別克和SMSC以德國民法合伙人的方式成立了MOST合作組織，之后奧迪很快也加入了該組織。MOST合作組織成立后便致力于協(xié)議的快速標準化工作，并迅速地將實(shí)際系統搭載于汽車(chē)上。圖1是2000年ITS世界代表大會(huì )上，MOST組織展覽廳內奧迪、寶馬、梅塞德斯和大眾的相關(guān)車(chē)型［5］，而現在已經(jīng)有140種車(chē)型應用了MOST網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。MOST組織已經(jīng)發(fā)布了三代MOST網(wǎng)絡(luò )技術(shù)規范，分別為MOST25、MOST50和MOST150，而下一代網(wǎng)絡(luò )帶寬能夠達到1～5Gbps的網(wǎng)絡(luò )規范也正在研發(fā)當中。雖然每一代MOST網(wǎng)絡(luò )規范都有些不同，但是其基本特點(diǎn)沒(méi)有變化，接下來(lái)將對其進(jìn)行詳述。
1．1MOST網(wǎng)絡(luò )基本特點(diǎn)
MOST網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的光纖/電氣閉環(huán)同步網(wǎng)絡(luò )，它由一個(gè)時(shí)間主節點(diǎn)和若干個(gè)時(shí)間從節點(diǎn)構成，在傳輸數據信號的同時(shí)也傳輸時(shí)鐘信號［6，7］。該網(wǎng)絡(luò )中最多有64個(gè)節點(diǎn)，節點(diǎn)之間的最大距離為10米。它相對于傳統的車(chē)載信息娛樂(lè )系統方案而言具有使用線(xiàn)束更少更輕、網(wǎng)絡(luò )抗電磁干擾能力更強、應用的添加和刪除更為方便等優(yōu)點(diǎn)。圖2是MOST網(wǎng)絡(luò )與OSI網(wǎng)絡(luò )模型的對比圖，圖中功能塊層完成了網(wǎng)絡(luò )中設備節點(diǎn)的應用功能和系統功能。網(wǎng)絡(luò )服務(wù)應用套接字層與網(wǎng)絡(luò )服務(wù)基礎層共同組成了網(wǎng)絡(luò )服務(wù)功能，控制報文的收發(fā)與流數據信道的連接和釋放等都由該服務(wù)完成。MOST智能網(wǎng)絡(luò )接口控制器層主要負責套接字管理、智能器件管理、網(wǎng)絡(luò )保護模式設置和硬件應用看門(mén)狗定時(shí)器設置等。而物理層則由光學(xué)物理層和電氣物理層組成，MOST網(wǎng)絡(luò )信號可以在光纖線(xiàn)或雙絞線(xiàn)中進(jìn)行傳輸。在MOST網(wǎng)絡(luò )上，幀是數據傳輸的基本單元，每個(gè)幀又分為三個(gè)數據域，分別用于傳輸控制字節、流數據與異步數據。因為數據幀定時(shí)發(fā)送，其頻率為44．1KHz或48KHz。所以網(wǎng)絡(luò )中傳輸的相鄰數據幀的相同數據域構成了用于傳輸對應信息的連續信道，即控制信道、流數據信道和異步數據信道。
1．2MOST網(wǎng)絡(luò )研究現狀
從MOST網(wǎng)絡(luò )技術(shù)產(chǎn)生至今，國內外許多科研人員對其進(jìn)行了深入的研究。文獻［8］首先將MOST網(wǎng)絡(luò )技術(shù)引入到了國內，文中對MOST網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)行了綜述，較詳細地介紹了MOST網(wǎng)絡(luò )的功能特點(diǎn)、MOST網(wǎng)絡(luò )的基本結構和MOST網(wǎng)絡(luò )的設備組成等，并對MOST網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展和應用進(jìn)行了討論。文獻［9］設計并實(shí)現了MOST網(wǎng)絡(luò )的主控制器，為MOST網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在國內的發(fā)展提供了理論和實(shí)踐的基礎。文獻［10］設計了MOST網(wǎng)絡(luò )音頻播放節點(diǎn)，為原型節點(diǎn)的開(kāi)發(fā)做了鋪墊，隨后文獻［11］和文獻［12］實(shí)現了音頻流媒體數據傳輸和播放功能。文獻［13］實(shí)現了基于MOST網(wǎng)絡(luò )的DVD節點(diǎn)，而文獻［14］實(shí)現了基于MOST網(wǎng)絡(luò )的收音機節點(diǎn)。文獻［15－17］對基于MOST網(wǎng)絡(luò )的車(chē)載語(yǔ)音接口進(jìn)行了研究，實(shí)現了通過(guò)語(yǔ)音控制MOST網(wǎng)絡(luò )。文獻［18－22］以各自的設計思想實(shí)現了MOST網(wǎng)絡(luò )與CAN網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)關(guān)，文獻［23］使用靜態(tài)段和控制報文實(shí)現了MOST網(wǎng)絡(luò )和FlexＲay網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)關(guān)，這些網(wǎng)關(guān)使整車(chē)的網(wǎng)絡(luò )可以進(jìn)行完整可信的通信，增強了整車(chē)的功能性、舒適性和安全性。文獻［24］對MOST網(wǎng)絡(luò )服務(wù)進(jìn)行了改進(jìn)，使MOST網(wǎng)絡(luò )服務(wù)可以被事件驅動(dòng)，并使用層次狀態(tài)機，MOST網(wǎng)絡(luò )程序的開(kāi)發(fā)變得更加的容易。文獻［25］提出了基于FSM模型的車(chē)載MOST網(wǎng)絡(luò )管理系統，該系統可以增強車(chē)載MOST網(wǎng)絡(luò )的靈活性、健壯性和容錯性，滿(mǎn)足車(chē)載信息娛樂(lè )系統對即插即用工作方式的需求。而文獻［26］則提出了MOST網(wǎng)絡(luò )連接管理策略，該策略可以有效地提高M(jìn)OST網(wǎng)絡(luò )帶寬利用率。文獻［27－30］在電源管理和能量?jì)?yōu)化方面對MOST網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了深入的研究，使MOST網(wǎng)絡(luò )可以集中喚醒進(jìn)入睡眠狀態(tài)的節點(diǎn)，并且降低了系統的總功耗。
1．3MOST網(wǎng)絡(luò )未來(lái)趨勢
MOST網(wǎng)絡(luò )技術(shù)歷經(jīng)15年的發(fā)展已經(jīng)取得了一定的成果，在未來(lái)的前進(jìn)道路上它將會(huì )在以下三方面取得進(jìn)步。首先，MOST組織在其定期發(fā)布的MOSTInformative里提到MOST網(wǎng)絡(luò )會(huì )在拓撲結構方面增加星型、菊花鏈型和樹(shù)形等拓撲結構，改善環(huán)型網(wǎng)絡(luò )拓撲結構如果斷開(kāi)則整個(gè)網(wǎng)絡(luò )不可用的缺點(diǎn)。然后，在降低成本方面，MOST150網(wǎng)絡(luò )使用的是光纖線(xiàn)進(jìn)行信號傳輸，在保證傳輸速率150Mbps的前提下可以在物理層增加非屏蔽雙絞線(xiàn)(6類(lèi)雙絞線(xiàn))和同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，這樣可以拓寬其市場(chǎng)，使更多的車(chē)型可以搭載MOST網(wǎng)絡(luò )。最后，在兼容以太網(wǎng)絡(luò )方面，車(chē)載以太網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是MOST網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的強勁競爭對手，雖然MOST150網(wǎng)絡(luò )規范已經(jīng)提出每個(gè)設備節點(diǎn)會(huì )有以太網(wǎng)絡(luò )MAC地址，并提供以太網(wǎng)絡(luò )數據信道來(lái)傳輸以太網(wǎng)絡(luò )幀，但是仍有上層軟件兼容等許多問(wèn)題需要解決。而據悉，一汽、比亞迪、長(cháng)城等車(chē)廠(chǎng)都在積極地研究MOST網(wǎng)絡(luò )，MOST網(wǎng)絡(luò )技術(shù)即將迎來(lái)在國內的大發(fā)展。
2IDB-1394網(wǎng)絡(luò )技術(shù)I
DB-1394網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是IEEE-1394技術(shù)的汽車(chē)版本，其傳輸速率可高達400Mbps，它的高帶寬確保了音視頻娛樂(lè )應用的高保真傳輸，并且可以更迅速的傳輸到想要播放的終端。除此之外，其即插即用的特性，也正符合了消費者對于產(chǎn)品的需求，沒(méi)有過(guò)多繁雜且不必要的操作。IDB-1394為了滿(mǎn)足信號的高速傳輸需求，并且同時(shí)考慮到車(chē)上的電磁干擾環(huán)境，所以其采用光纖線(xiàn)作為物理傳輸介質(zhì)，但是為了降低成本，其使用銅導線(xiàn)作為物理傳輸介質(zhì)的技術(shù)標準IDB-1394Cu也在實(shí)驗當中。IDB-1394還提供數字傳輸內容保護DTCP(DigitalTransmissionCon-tentProtection)技術(shù)，其可以有效地保護版權，防止傳輸內容的泄露［31］。目前人們對于IDB-1394網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的關(guān)注度越來(lái)越高，并且期望其在將來(lái)的市場(chǎng)上能夠得到更廣泛的應用。雖然它擁有靈活的協(xié)議棧，但是現在只有少數日系車(chē)廠(chǎng)支持IDB-1394網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，并且在許多方面它仍需要提高。
3車(chē)載以太網(wǎng)絡(luò )技術(shù)
在以太網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的30多年里，它憑借低廉的.價(jià)格、強大的數據傳輸能力和良好的可擴展性等優(yōu)點(diǎn)，成為了應用最為普遍的局域網(wǎng)絡(luò )技術(shù)［32，33］。隨著(zhù)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展和應用，人們對于以太網(wǎng)絡(luò )逐漸產(chǎn)生了實(shí)時(shí)性的要求，這樣便產(chǎn)生了實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò )ＲTE(ＲealTimeEthernet)［34］。2011年單對非屏蔽雙絞線(xiàn)通信技術(shù)的問(wèn)世，并且汽車(chē)駕駛員輔助、娛樂(lè )和通信等各方面應用的涌現，因此以寶馬公司為首，人們?yōu)榱颂岣哕?chē)載網(wǎng)絡(luò )的帶寬和通用性，以實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò )協(xié)議為前提，以單對非屏蔽雙絞線(xiàn)通信技術(shù)為基礎，提出了車(chē)載以太網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。
3．1實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò )協(xié)議
雖然傳統以太網(wǎng)絡(luò )有眾多優(yōu)點(diǎn)，但是它并不能進(jìn)行實(shí)時(shí)數據的傳輸，不符合車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的要求。時(shí)間觸發(fā)以太網(wǎng)絡(luò )TTEth-ernet(TimeTriggeredEthernet)［35，36］是一種基于時(shí)間觸發(fā)的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò )，它結合了決策、容錯和實(shí)時(shí)性，時(shí)間觸發(fā)信息可以在預定的時(shí)間內傳輸，該網(wǎng)絡(luò )適用于剎車(chē)線(xiàn)控和轉向線(xiàn)控等方面。而以太網(wǎng)絡(luò )音視頻橋(EthernetAudio/VideoBridging，EthernetAVB)技術(shù)則是更具發(fā)展潛力的網(wǎng)絡(luò )音視頻實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)，相比于TTEthernt技術(shù)更適合用于車(chē)載多媒體系統，因為它可以提供精準時(shí)間同步、媒體流量整形、接收控制以及非實(shí)時(shí)設備鑒定，在保障實(shí)時(shí)數據流傳輸的同時(shí)，兼容傳統以太網(wǎng)數據的傳輸。并且它是一項新的IEEE802．1標準，在傳統以太網(wǎng)絡(luò )的基礎上，為實(shí)時(shí)音視頻流數據傳輸提供高可靠、低延遲和低成本的實(shí)現方案，彌補了傳統以太網(wǎng)絡(luò )傳輸實(shí)時(shí)數據的缺陷。EthernetAVB協(xié)議棧主要包括5個(gè)協(xié)議，分別為精準時(shí)間同步協(xié)議PTP(PrecisionTimeProtocol)，流預留協(xié)議SＲP(StreamＲeservationProtocol)，隊列及轉發(fā)協(xié)議QFP(QueuingandFor-wardingProtocol)，音視頻橋接傳輸協(xié)議AVBTP(Audio/VideoBridgingTransportProtocol)和實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議ＲTP(Ｒeal-timeTransportProtocol)。EthernetAVB協(xié)議棧PTP:它以IEEEP1588V2為原型，將原來(lái)的IP路由協(xié)議應用到只有兩層結構的局域以太網(wǎng)絡(luò )中。主要包括兩個(gè)方面，一個(gè)方面是主時(shí)鐘的選擇，另一方面是同步機制，即時(shí)間補償和時(shí)鐘頻率匹配。PTP通過(guò)最佳主時(shí)鐘算法來(lái)選擇PTP域的一個(gè)主時(shí)鐘，并以它為根建立一個(gè)用于同步的生成樹(shù)，每一個(gè)時(shí)間敏感的設備節點(diǎn)都要與主時(shí)鐘同步。在本地網(wǎng)絡(luò )中，同時(shí)定義一些潛在主時(shí)鐘，當訪(fǎng)問(wèn)主時(shí)鐘失敗時(shí)，自動(dòng)切換到其中一個(gè)潛在主時(shí)鐘并建立相應的生成樹(shù)，以保證網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘同步。主時(shí)鐘確定后，通過(guò)時(shí)間戳機制來(lái)發(fā)送同步信息［37］，并通過(guò)傳統以太網(wǎng)絡(luò )數據包傳遞時(shí)間戳，當含有時(shí)間戳的消息進(jìn)出需要時(shí)鐘同步的端口時(shí)，會(huì )與本地時(shí)鐘進(jìn)行對比，利用相應的路徑延遲補償算法對本地時(shí)鐘進(jìn)行匹配。匹配后的從節點(diǎn)再發(fā)送含有時(shí)間戳的信息，與下一個(gè)從節點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間同步匹配。SＲP:為了保證數據傳輸和轉發(fā)的服務(wù)質(zhì)量，降低時(shí)延和抖動(dòng)，SＲP根據網(wǎng)絡(luò )拓撲的帶寬情況，預先鎖定傳輸路徑，并且預留一部分帶寬，確保音視頻流設備間端到端的帶寬可用性。SＲP使用信號協(xié)議SP(SignalingProtocol)和功能擴展的IEEE802．1多注冊協(xié)議MＲP(MultipleＲegistrationProtocol)交換音視頻流的帶寬描述消息，并對帶寬資源進(jìn)行預留。
一般情況下，把整個(gè)帶寬的75%預留給時(shí)間敏感的音視頻流數據，剩下的25%用來(lái)傳輸傳統的以太網(wǎng)絡(luò )數據。SＲP包含注冊和預留兩部分，流預留服務(wù)中，把流服務(wù)的提供者定義為T(mén)alker，接受者定義為L(cháng)istener。Talker對音視頻流所需帶寬資源進(jìn)行協(xié)商預留，Listener則注冊并接收所需的音視頻流。Talker初始時(shí)廣播一個(gè)提供聲明，表示自己能夠提供流數據并說(shuō)明其屬性，使接受者知道Talker的存在以及數據已經(jīng)準備好發(fā)送了。消息傳播的過(guò)程中，會(huì )沿途收集信道的服務(wù)質(zhì)量信息，而收集到的信息分為兩種。當信道已經(jīng)準備好了，則反饋一個(gè)正的提供聲明注冊消息，表示通信路徑已經(jīng)準備好了，可以發(fā)送數據;當反饋一個(gè)負的提供聲明注冊消息時(shí)，則不可以發(fā)送。Listener也可以發(fā)送請求聲明，廣播想要接收的信息，消息傳播的過(guò)程中，沿途運載資源分配結果信息，該信息也分為正負兩種情況，正的請求聲明表示能夠接收到信息，負的請求聲明表示信道沒(méi)有準備好。同樣，Talker和Listener也可以根據自身情況使用MＲP信號機制，撤銷(xiāo)提供或者請求信息來(lái)結束信道鎖定和預留。SＲP內部周期性的狀態(tài)機維護著(zhù)Talker及Listener的注冊信息，能夠動(dòng)態(tài)地對網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行監測并更新其內部注冊信息數據庫，以適應網(wǎng)絡(luò )拓撲的動(dòng)態(tài)改變。QFP:它是AVB協(xié)議棧中的伴隨協(xié)議，大部分實(shí)現在交換機中，負責數據傳輸的處理和轉發(fā)機制，確保傳統的以太網(wǎng)絡(luò )數據流量不會(huì )干擾到實(shí)時(shí)音視頻流。QFP主要包括三個(gè)部分，流量整形、優(yōu)先級劃分和隊列管理。為了避免時(shí)間敏感的音視頻流數據和普通數據對帶寬的競爭，EthernetAVB交換機擁有若干個(gè)輸入輸出隊列，音視頻流數據和普通數據分別進(jìn)入不同的隊列，所有的交換機和網(wǎng)橋都使用優(yōu)先級傳輸選擇算法，并且賦予音視頻流數據最高的優(yōu)先級。交換機進(jìn)行隊列轉發(fā)時(shí)，音視頻流數據總是優(yōu)先于傳統以太網(wǎng)數據進(jìn)行轉發(fā)。還有一種基于可信因子的整形算法，用來(lái)處理不同的音視頻實(shí)時(shí)數據(A類(lèi)音視頻流和B類(lèi)音視頻流)的轉發(fā)，只有當可信因子大于或等于0并且信道中沒(méi)有沖突的報文時(shí)才可以進(jìn)行傳輸。當該報文進(jìn)行傳輸時(shí)，可信因子會(huì )以一個(gè)發(fā)送斜率減少，同樣，當一個(gè)實(shí)時(shí)報文在隊列中等待時(shí)，可信因子會(huì )以一個(gè)閑置斜率增加，這樣只要信道一空閑它就會(huì )被傳輸。另外，AVBTP主要負責對EthernetAVB實(shí)時(shí)流數據進(jìn)行打包，同時(shí)負責流的建立、控制以及結束。而ＲTP在基于IP的三層應用上利用EthernetAVB的性能，通過(guò)橋接及路由在局域網(wǎng)內提供時(shí)間同步、延遲保障和帶寬預留的服務(wù)，以保障實(shí)時(shí)音視頻流的傳輸。
3．2單對非屏蔽雙絞線(xiàn)
2005年AVnu聯(lián)盟成立，使得EthernetAVB得到市場(chǎng)效益的推動(dòng)，這主要集中在車(chē)載網(wǎng)絡(luò )和消費電子領(lǐng)域。但是傳統以太網(wǎng)絡(luò )的物理層并不能達到車(chē)載網(wǎng)絡(luò )對通信介質(zhì)的要求，因此2011年OPEN聯(lián)盟成立，該聯(lián)盟專(zhuān)門(mén)為車(chē)載以太網(wǎng)絡(luò )提供物理層介質(zhì)，其倡導采用全雙工的單對非屏蔽雙絞線(xiàn)進(jìn)行通信。為單對非屏蔽雙絞線(xiàn)和傳統屏蔽線(xiàn)纜，相比之下單對非屏蔽雙絞線(xiàn)做出了兩個(gè)方面的改進(jìn):一方面是減少了線(xiàn)束，使成本比傳統電纜降低80%，重量輕30%，從而有效提高汽車(chē)燃油效率［39］;而另一方面則是頻率從200MHz降低到了50MHz，使其無(wú)需屏蔽就具有抗電磁干擾的能力。另外，單對非屏蔽雙絞線(xiàn)還可以實(shí)現電力傳輸，在文獻［40］中作者應用博通系列芯片驗證了雙絞線(xiàn)實(shí)現電力傳輸的情況。雖然在理論上單對非屏蔽雙絞線(xiàn)通信技術(shù)滿(mǎn)足了車(chē)載網(wǎng)絡(luò )對于布線(xiàn)的苛刻要求，但目前并沒(méi)有關(guān)于它應用到具體車(chē)型的測試或者驗收報告，車(chē)載以太網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)一步發(fā)展仍然需要許多技術(shù)的不斷完善。
4三種車(chē)載多媒體網(wǎng)絡(luò )對比
這三種車(chē)載多媒體網(wǎng)絡(luò )各有其突出優(yōu)點(diǎn):MOST網(wǎng)絡(luò )技術(shù)可以傳輸多種數據類(lèi)型，物理層可以使用不同的傳輸介質(zhì)，擁有成熟的技術(shù)規范和大量的支持廠(chǎng)商;IDB-1394網(wǎng)絡(luò )技術(shù)數據傳輸速率最高，在芯片內部提供數字傳輸內容保護技術(shù)，并且相對其他兩種技術(shù)而言所需芯片更少;車(chē)載以太網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)源于傳統以太網(wǎng)絡(luò )，具有更廣泛的應用空間，并且其拓撲結構最為靈活。
5結語(yǔ)
本文對現有的主流車(chē)載多媒體網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)行了綜述。首先在發(fā)展歷史、基本特點(diǎn)、研究現狀和未來(lái)趨勢等四方面對MOST網(wǎng)路技術(shù)進(jìn)行了論述。然后簡(jiǎn)單介紹了IDB-1394網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的特點(diǎn)和現狀，接著(zhù)從實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和單對非屏蔽雙絞線(xiàn)兩方面論述了車(chē)載以太網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的前提和基礎。最后對三種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)行了比較。車(chē)載多媒體網(wǎng)絡(luò )技術(shù)正在向著(zhù)更高帶寬、更小延遲和更加靈活的方向發(fā)展，而三種車(chē)載多媒體網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的競爭還將繼續下去�？梢灶A見(jiàn)，車(chē)載多媒體網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展將極大地推動(dòng)自動(dòng)駕駛和車(chē)載信息系統等領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，從而人們可以享受到更加舒適便捷的車(chē)載服務(wù)。
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